ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Специфические аспекты трения качения колеса по рельсу на железнодорожном транспорте (Ю.М. Лужнов) из "Трение износ и смазка Трибология и триботехника " Переход от трения скольжения на менее энергозатратное трение качения вызвал существенный скачок в развитии человечества. В настоящее время практически нельзя назвать мащины и установки, где бы не использовалось трение качения (автомобили, тракторы, самолеты, поезда и многое другое). С развитием требований к техническим средствам совершенствуются конструкции машин и узлы трения качения. Они отличаются огромным многообразием как по условиям движения сочлененных элементов, так и по скоростям движения, размерам, нафузкам, условиям смазки и техническим требованиям, предъявляемым к ним в эксплуатации. [c.121] Единого подхода к установлению и прогнозированию сопротивления движению во всем многообразии случаев, где применяются процессы качения, пока нет. Эффективным путем решения стоящих перед современным машиностроением проблем, связанных с трением качения, может быть использование теоретических и экспериментальных работ, раскрывающих природу физико-химической механики трения качения. [c.121] Ниже рассмотрены основные результаты современных теоретических и экспериментальных работ в области трения качения с позиций механики и трибологии. [c.121] Определения качения и верчения. Рассмотрим контакт двух тел несогласованной формы и выберем в качестве отсчетных точек для каждого из тел точку О начального контакта тел в рассматриваемый момент времени (рис. 4.31 ). Свяжем с этой точкой начало прямоугольной системы координат, направив ось Oz вдоль общей нормали к поверхностям контактирующих тел в точке О. Направления осей Ох и Оу, находящихся в касательной плоскости, по возможности выбирают так, чтобы они совпадали с осями симметрии профилей поверхностей. [c.121] Если относительная линейная скорость движения тел в точке О, определяемая как Аь = щ-д2, не равна нулю, то имеет место скольжение контактирующих тел. Заметим, что компоненты скоростей й) и 2 вдоль общей нормали должны быть равны нулю, т.е. [c.121] Любое движение контактирующих тел может быть представлено как комбинация качения, верчения и скольжения. Например, при прямолинейном движении колеса по рельсу имеет место качение без скольжения и верчения, при развороте появляется верчение, а при торможении - скольжение без качения. [c.122] Составляющая момента М , действующая относительно общей нормали, возникает вследствие трения верчения по площадке контакта и называется моментом верчения. [c.122] Впоследствии эта формула многократно подвергалась экспериментальной проверке для катков различных диаметров и материалов. В разных условиях проявлялась различная зависимость силы сопротивления от механических и геометрических характеристик взаимодействующих тел. Это связано с тем, что причины, вызывающие сопротивление перекатыванию, могут быть разными в зависимости от свойств материалов и условий взаимодействия, в частности от температуры тел. [c.122] При качении шарика по желобу также имеет место различие мгновенных скоростей скольжения на отдельных участках области контакта. В области контакта тел согласованной формы (шарика и желоба) существуют линии с нулевой относительной скоростью скольжения, разделяющие области, в которых осуществляется разнонаправленное проскальзывание. Трение скольжения в этих областях дает вклад в сопротивление перекатыванию. Этот механизм трения качения впервые был исследован Г. Хиткоутом в 1921 г. и известен как теория дифференциального проскальзывания. [c.122] Источником сопротивления перекатыванию являются также гистерезисные потери в телах за счет их деформирования. Этот механизм трения качения исследован экспериментально Д. Тейбором (1956 г.). Для неупругих материалов сопротивление качению существенно зависит от скорости перекатывания. [c.122] Молекулярная теория сопротивления качению учитывает молекулярное взаимодействие поверхностей, усиливающееся при больших давлениях между ними. Эта теория разработана Г. Томлинсоном в 1929 г. Используя результаты исследования Г. Томлинсона, A. . Ахматов рассматривал качение очень гладкого тяжелого шара по зеркальной поверхности как процесс непрерывного обновления (сваривания) и разрушения контакта. Сопротивление качению зависит в основном от способности материала создавать мостики спайки (схватывания) и от общих условий давления, степени очистки поверхностей, уровня общей и местной температуры поверхностей и т.д. В практических условиях тщательно очищенные поверхности почти мгновенно загрязняются. [c.122] Следует отметить, что в условиях обильной смазки в подшипниках качения потери энергии имеют место в смазочном слое за счет вязкости жидкости. [c.123] Постановка контактной задачи с учетом микропроскальзывання. Рассмотрим (см. рис. 4.31) и предположим, что вращение происходит относительно оси у, т.е. угловая скорость u) =0. (Рассматривается классический случай механики контактного взаимодействия гладких твердых тел при качении без учета теплообразования от трения и износа поверхностей). [c.123] И направление тангенциальных напряжений противоположно направлению проскальзывания, т.е. [c.124] Для определения распределения напряжений и сопротивления качению необходимо решить контактную задачу с приведенными выше граничными условиями. Наибольшая трудность при ее решении состоит в определении расположения и границ зон сцепления и проскальзывания (их может быть несколько в области взаимодействия). [c.124] Качение упругих тел. Напряженное состояние упругих тел и сопротивление качению зависят от разницы кривизн тел в области контакта и соотношения модулей упругости. Два геометрически идентичных упругих тела с одинаковыми упругими характеристиками при свободном качении под действием только нормальной силы не испьггывают сопротивления перекатыванию, процесс качения полностью обратим в термодинамическом смысле. В этом случае не возникает микропроскальзывания на площадке контакта, а распределение давления подчиняется закону Герца. [c.124] Пространственная задача о качении шара по плоскости была всесторонне исследована в работах И. Калкера [23]. Форма площадки контакта в этом случае близка к круговой. Анализ решения в случае контакта тел из одинаковых материалов показывает, что распределение тангенциальных напряжений на линии, проходящей через центр площадки контакта и кол-линеарной направлению действия силы тяги Т, близко к распределению, представленному на рис. 4.33, а. Кривая проскальзывания также имеет вид, сходный с представленным на рис. [c.125] На рис. 4.33,6 представлена кривая проскальзывания. Участок / на ней является графиком функции (4.110). Когда Т =, на всей площадке контакта выполняется условие проскальзывания, что соответствует режиму буксования. Качение без буксования имеет место, если Т / Р. [c.125] Вернуться к основной статье